三株共生真菌的化学成分及生物活性研究

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微生物作为天然产物的大宝库,源源不断的为我们提供结构新颖多样,生物活性显著的化合物,是开发药物或药物先导分子的重要资源。本文以挖掘微生物中活性天然产物为目的,选取三株共生菌为研究对象,对其次级代谢产物进行了提取,综合运用正反相色谱层析、中高压液相色谱、葡聚糖凝胶层析和高效液相色谱等多种分离技术对它们的次级代谢物进行分离纯化,利用一维/二维NMR、MS、IR和UV等波谱手段鉴定了76个单体化合物,其中23个为新化合物;结合旋光、计算旋光、CD、ECD和X-ray单晶衍射等光谱方法以及化学反应等方式确定了化合物的绝对构型。同时,对76个单体化合物进行了多种生物活性测试,并对活性突出的天然产物做了初步的生物活性机制研究。主要研究结果如下:(1)综合表观遗传修饰策略和OSMAC策略,对一株分离于盐碱植物花花柴的壳针孢属真菌Septoria rudbeckiae进行培养条件的筛选,从其大米发酵物中共分离鉴定了42个单体化合物,有19个新化合物,且化合物1~13均为含有9碳共轭不饱和聚酮脂肪酸侧链的艾里莫芬烷型倍半萜。其中化合物1是一个拥有不同寻常的降碳的tetranor-eremophilane骨架倍半萜,并对其生源途径进行了推测。利用X-ray对化合物21的绝对构型进行了确认;同时通过化学衍生的方法结合计算化学确认了化合物17的绝对构型。生物活性测试结果表明:化合物11对LPS诱导BV-2小胶质细胞NO的产生呈现出很强的抑制活性,其IC50值为6.0±0.2μM。同时,化合物11对H2O2诱导氧化损伤的PC-12细胞表现出显著的保护作用,在10μM的浓度下的细胞存活率为80.5%,与阳性对照谷胱甘肽(82.3%)相当。构效关系分析可得,3-hydroxy-5,6-dihydronaphthalen-2(4a H)-one片段对这类化合物的抗炎活性和神经保护活性起到很重要的作用。并通过分子对接模拟分析,深入地解释了这类化合物的抗炎活性机制。因此,这类艾里莫芬烷型倍半萜可作为开发治疗神经退行性疾病的化合物模板。另外,化合物24对猕猴桃溃疡病细菌以及化合物41对蜡状芽孢杆菌都呈现出较强的抑菌活性,其MIC值均为6.25μM。(2)利用OSMAC策略对一株分离于盐碱植物花花柴的链格孢属真菌Alternaria sp.Ctuco36进行培养条件的筛选,从其大米发酵物中共分离鉴定了16个已知化合物。生物活性测试结果表明,化合物45对DPPH自由基有显著的清除能力,其IC50值为12.6±0.6μM,同时,化合物46、47和48对DPPH自由基也呈现出较强的清除能力。从构效关系分析,含有多个酚羟基的化合物可能具有较强的DPPH自由基清除能力。另外,化合物43和44对α-葡萄糖苷酶也呈现出较强的抑制作用,其IC50值分别为32.2±0.6μM和34.7±1.0μM。可说明这类化合物具有一定的开发应用价值。(3)对分离于地衣的共生真菌谢瓦氏曲霉Aspergillus chevalieri SQ-8,采用OSMAC策略结合HPLC检测分析,对其培养条件进行了筛选,从其大米发酵物中共分离坚定了18个化合物,其中有3个新化合物。其中化合物59是一个结构新颖的含有苯并噻吩骨架的烷基化的水杨醛类化合物。生物活性测试结果表明,化合物64和68对LPS诱导BV-2小胶质细胞NO的产生呈现出很强的抑制活性,其IC50值分别为12.2±0.5μM和12.8±0.22μM。构效关系分析可得,C-1位的醛基和C-6位的酚羟基官能团是烷基化水杨醛类化合物的抗炎活性基团。同时,共轭的脂肪侧链能增强烷基化水杨醛类化合物的抗炎活性。C-6位的异戊烯结构片段和二酮哌嗪部分的共轭片段是烷基化吲哚二酮哌嗪类化合物的抗炎活性基团。通过分子对接,对比分析模拟化合物与iNOS活性腔体的结合方式,深入地解释了化合物对LPS诱导BV-2小胶质细胞NO产生的抑制作用。化合物59和60对猕猴桃溃疡病细菌和蜡状芽孢杆菌呈现出较强的抑菌活性,其MIC值均为6.25μM。构效关系分析可得,可能是由于杂原子环系片段,使得化合物59和60呈现出抑菌活性要强于其它5个烷基化水杨醛类化合物。化合物65对DPPH自由基有显著的清除能力,其IC50值为10.6±0.1μM。同时,化合物62和65对α-葡萄糖苷酶的抑制作用较为突出,其IC50值分别为22.5±0.5μM和19.5±0.6μM。构效关系分析可得,烷基化的水杨醛类化合物对DPPH自由基的清除能力以及α-葡萄糖苷酶抑制活性要强于烷基化的吲哚二酮哌嗪类化合物;C-1位的醛基和C-6位的酚羟基官能团是烷基化水杨醛类化合物对DPPH自由基清除活性以及α-葡萄糖苷酶抑制活性的药效基团。因此,这进一步证实了此类化合物生物活性多样,具有很好的开发应用前景。(4)对4个抗菌活性突出的化合物(化合物24、41、59和60)进行了抑菌作用机制的探索和研究。综合测得的生长曲线实验数据、细胞膜通透性实验结果以及扫描电镜观察到的结果表明,这4个化合物的可能抑菌机制是改变了Psa和B.cereus菌体细胞膜的通透性或破坏了细胞膜的完整结构,致使细菌菌体皱缩破裂,从而对Psa和B.cereus表现出抑菌的作用。进一步证实了这些化合物具有开发为农用杀菌剂的潜力。总而言之,该工作通过研究三株真菌的化学成分及其生物活性,发现了具有开发应用前景的治疗神经退行性疾病以及农用杀菌剂的药物先导化合物,并为这三株真菌的天然活性产物进行深入研究奠定了坚实的理论基础。
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